一种液氮冻融裂化煤层增透的煤层气开采方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种煤层气开采方法，尤其是一种液氮冻融裂化煤层增透的煤层气开采方法。
【背景技术】
[0002]我国煤储层具有“三低一高”的特点(低渗透、低饱和度、低压和高含气量)，导致煤层气开采投入成本高，而产出率低，煤矿区煤层气开发利用困难。目前，煤矿企业主要通过煤层增透，即增强煤层渗透性的方法来提高煤层气产量，煤层增透方法主要包括水力化增透、高能气体致裂以及定向长钻孔的增透抽采技术等。水力化增透技术工艺操作简易、技术成本低廉等优点，但通常需要现场具有保护煤岩柱的条件，易诱发喷孔导致巷道瓦斯超限，影响施工作业安全。高能气体致裂增透技术工艺复杂，技术成本高，低渗碎软煤层施工作业时送药、下管难度大，而由于煤体的各向异性以及装药量的限制，导致爆破范围小、裂纹扩展定向性差，同时，由于煤层内甲烷的存在，爆破过程中增加了诱发孔内瓦斯爆炸和突出的危险。定向长钻孔技术具有钻孔施工长度大和定向钻进的优点，但在低渗碎软煤层中抽采效果难以发挥其优势。随着煤层气开发进入深部开采，储层高应力、低渗透的特性愈加显著，现有的煤层增透方法已无法满足煤层气抽采的要求。
[0003]综上所述，现有技术无法完全适应深部开采下的煤层特性，缺乏有效提高煤层气产出率的煤层气开采方法。
【发明内容】
[0004]本发明提供了一种液氮冻融裂化煤层增透的煤层气开采方法，完全适应深部开采条件下的煤层特性，能够有效提高煤层气产出率。
[0005]本发明采用的技术方案如下:
[0006]一种液氮冻融裂化煤层增透的煤层气开采方法，包括以下步骤:
[0007]a)在井下巷道内向煤层气开采煤层钻出抽采钻孔，并在所述抽采钻孔内切割出若干切槽；
[0008]b)在所述煤层气开采煤层内，与所述抽采钻孔距离2-6m的位置钻出监测钻孔；
[0009]c)布置抽采管路，将所述抽采管路一端伸入至所述抽采钻孔内，另一端与抽采设备连通，在所述抽采管路上安装抽采截止阀；
[0010]d)布置注射管路，将所述注射管路一端伸入至所述抽采钻孔内，另一端与注液氮泵连通，在所述注射管路上安装注液氮截止阀；
[0011 ] e)使用抽采钻孔密封装置对所述抽采钻孔进行密封；
[0012]f)在所述监测钻孔内安装温度监测装置，并将稳定后的温度值确定为初始值T。，使用监测钻孔密封装置进行密封所述监测钻孔；
[0013]g)在确定所述注液氮截止阀关闭，所述抽采截止阀开启的情况下，启动抽采设备开始煤层气抽采作业；
[0014]h)在监测到煤层气抽采瞬时量降低到初始抽采值的30% -50%或低于30ml/min时，关闭所述抽采截止阀和所述抽采设备，停止抽采作业；
[0015]i)打开所述注液氮截止阀，启动所述注液氮泵，开始对所述抽采钻孔进行注液氮作业，液氮注入速度为20-40ml/min ；
[0016]j)当所述温度监测装置监测到的温度T降低至初始值Ttl的10%以内时，关闭所述注液氮泵和所述注液氮截止阀；
[0017]k)当所述温度监测装置(11)监测到的温度T上升至初始值Ttl附近时，重复操作步骤i)和j)，所谓初始值附近是指|T-TQ|/TQ< 5% ;
[0018]I)重复步骤k) 3-5次，完成注液氮作业；
[0019]m)重复步骤 g)_l);
[0020]η)重复步骤m) 2-3次。
[0021]上述液氮冻融裂化煤层增透的煤层气开采方法，在步骤d)之后，在步骤i)之前，还包括步骤dl):将注水泵与所述注射管路连接，并在连接管路上安装注水截止阀，确定所述注水截止阀处于关闭状态；在步骤dl)之后，在步骤i)之前，还包括步骤il):打开所述注水截止阀，启动所述注水泵，进行注水作业，注水速度为40-100I/min，注水3_5h后，关闭所述注水泵和所述注水截止阀，完成注水作业。
[0022]在上述液氮冻融裂化煤层增透的煤层气开采方法中，所述注水泵和所述注水截止阀之间还连接有脉冲注水控制器，用于形成脉冲式水流，并调整注水压力，使注水压力保持在 2-5MPa。
[0023]在上述液氮冻融裂化煤层增透的煤层气开采方法中，所述抽采钻孔长度为15-80m，直径为 70-100臟。
[0024]在上述液氮冻融裂化煤层增透的煤层气开采方法中，所述切槽深度为30-50cm，宽度为5-lOcm，相邻两个所述切槽的距离为1.5-2.5m，所述切槽(3)的切槽面与煤层最大主应力方向夹角大于87°。
[0025]本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点:
[0026]①本发明提供的液氮冻融裂化煤层增透的煤层气开采方法，由于采用向冻融钻孔内实施液氮冻融裂化作业，改变了原始煤体的温度场使煤体孔隙水膨胀并迀移，，冻融裂化范围半径可以达到5m以上，因此，本发明能够有效破坏煤体结构，促进煤体层理和裂隙的发育，改变煤体的物理力学性能和煤层应力场的分布，煤层渗透性获得明显改善。
[0027]②本发明提供的液氮冻融裂化煤层增透的煤层气开采方法，由于在实施注液氮之前，先实施注水作业，并应用脉冲式注水方式，有效增大了煤体湿润范围和含水率，进而扩大液氮冻融裂化范围和煤体裂化效果，冻融裂化范围半径可以达到8m以上，因此，本发明能够使低渗煤层渗透性得到极大的改善，同时能够有效提高增效作业效率。
[0028]③本发明提供的液氮冻融裂化煤层增透的煤层气开采方法，由于在抽采钻孔内形成若干切槽，与注水作业和注液氮作业相配合，使注水效果和注液氮效果更加明显，因此，本发明能够更加有效的改善煤层渗透性，进而明显提高煤层气产出率。
[0029]④本发明提供的液氮冻融裂化煤层增透的煤层气开采方法，由于对于注水时间，注水压力和注水速度等参数，注液氮频次，注液氮速度等参数进行了优化，因此，本发明能够改善煤层渗透性效果更为明显，煤层气产出率明显提高。
[0030]⑤本发明提供的液氮冻融裂化煤层增透的煤层气开采方法，由于煤层内成型有多个切槽，为注水后的煤层在注液氮冻融变形中提供了足够的膨胀破坏和流变破坏的自由空间，钻孔周围煤体的变形量达到20%左右，煤体内部裂隙萌生、扩展，卸压区快速增大，煤体的煤层气解吸量大幅提升，同时温度场的大幅度循环升高降低，降低了煤体的煤层气吸附性能，因此，本发明能够更大限度的提高煤体渗透率和煤层气的解吸量，煤层气释放量大幅提高，煤层气产出率可提高20% -40%。
【附图说明】
[0031]为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
[0032]图1是本发明液氮冻融裂化煤层增透的煤层气开采方法实施布置图。
[0033]图中标记为:1-煤层气开采煤层，2-抽采钻孔，3-切槽，4-监测钻孔，5-抽采管路，6-抽采截止阀，7-注射管路，8-注液氮泵，9-注液氮截止阀，10-抽采钻孔密封装置，11-温度监测装置，12-监测钻孔密封装置，13-注水泵，14-注水截止阀，15-脉冲注水控制器。
【具体实施方式】
[0034]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0035]图1显示的是本发明液氮冻融裂化煤层增透的煤层气开采方法的优选实施例。
[0036]实施例一
[0037]所述液氮冻融裂化煤层增透的煤层气开采方法，其